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不可不知的机制砂基础知识

由于砂资源短缺, 开发和使用机制砂已成为解决建筑用砂短缺的重要手段之一。机制砂代替天然河砂不仅具有一定的经济性和适应性,还具有一定的环境效益和社会效益,而且由于机制砂生产不受气候、季节的影响,而且在生产工艺上还能得到有效控制。下面随小编一起来了解下什么是机制砂?机制砂的优缺点、性能、研究与应用现状


一、什么是机制砂?


砂石骨料是建设工程中砂、卵(砾)石、碎石、块石、料石等材料的统称。

粒径大于4.75mm的骨料称为粗骨料,即我们常说的石子或碎石;

粒径小于4.75mm的骨料称为细骨料,又称为砂或机制砂。


机制砂是指由岩石经爆破破碎、机械破碎,再经筛分后粒径在5mm以下的大小不同的颗粒。


、生产机制砂对母岩的要求?


     常用的生产机制砂原料有石灰岩、花岗岩、砂岩、石英岩、流纹岩、玄武、闪岩、片麻岩、辉绿岩、凝灰岩、鹅卵石、河卵石等。母岩的强度、矿物组成、岩石构造、化学成分各不相同,对机制砂破碎过程中的能耗、石粉含量、粒型有重要影响。裂缝的扩展与岩石的内部结构和岩粒的特性密切相关。

  1.密集的细粒度石灰岩,破坏时多为直线型针状破裂,各裂纹很少相互作用,导致爆破型破裂。

  2.大理石与石灰石矿物特性相似,但是颗粒较大,因而在剪切带产生较大尺度的宏观裂缝,而且由于方解石颗粒的塑性变形减小了裂缝趾端的应力集中,因而裂缝扩展受阻,很少为爆破型破裂。

  3.花岗岩由三种不同的成分组成,各成分之间存在界面。花岗岩的破碎与岩体内的微孔和裂缝有关,裂缝比微孔危害要大,多出现在岩粒的边界处,一般是由于内应力及温度变化引起。花岗岩中的云母可以起到缓冲作用,减少破碎过程中的破损。

  4.玄武岩机制砂石粉含量是石英制机制砂的两倍,而石粉产物的能耗是相同质量机制砂的10倍。

用作加工机制砂的母岩,抗压强度应符合GB/T14685—2001《建筑用卵石、碎石》的规定,即饱和抗压强度:火成岩不应小于80MPa,变质岩不应小于60MPa,水成岩不应小于30MPa。


三、什么样的机制砂是合格的?


      符合国家技术标准并经出厂检验的机制砂就是合格的。一般需要检测的主要技术指标有:颗粒级配、细度模数、石粉含量、空隙率、表观密度、堆积密度、亚甲蓝(MB)值、压碎值指标、云母含量、轻物质含量等16项技术指标。

  1、颗粒级配:指颗粒各粒径的搭配比例。

  2、细度模数:反映机制砂颗粒粗细程度的技术指标。细度模数越大,表示砂子越粗。机制砂的规格按细度模数(Mx)分为粗、中、细、特细四种,其中:

  1) 粗砂的细度模数为:3.7—3.1,平均粒径为0.5mm以上;

  2) 中砂的细度模数为:3.0—2.3,平均粒径为0.5mm—0.35mm;

  3) 细砂的细度模数为:2.2—1.6,平均粒径为0.35mm—0.25mm;

  4) 特细砂的细度模数为:1.5—0.7,平均粒径为0.25mm以下。

  3、机制砂颗粒级配指标方式调整方式

机制砂颗粒级配可以通过调整进料级配、进料量、破碎机转速、筛网尺寸等方面来实现。

  4、针、片状颗粒

凡是机制砂颗粒的长度大于该颗粒所属粒级的平均粒径2.4倍者为针状颗粒;厚度小于平均粒径0.4倍者为片状颗粒。其中平均粒径是指该粒级上、下限粒径的平均值。

  5、机制砂石粉,石粉含量要求

石粉是指机制砂中粒径小于75μm的成分与被加工母岩相同的颗粒。一般普通混凝土要求石粉含量小于10%,高强混凝土要求小于5%。


四、机制砂的优缺点


1、与天然河沙相比,机制砂的特点

1)与天然河沙相比,机制砂具有棱角尖锐分明、针片状多、粗糙的特点,从外观上就可区别两者;

2)机制砂的坚固性比河沙稍差;

3)机制砂石粉含量大;

4)一般天然沙,一种细度模数,可以有多种级配,机制砂的细度模数可以人为的通过生产工艺来控制,按用户要求来组织生产,这是天然砂所不能做到的;

5)机制砂有更好的粘合度,更抗压,使用寿命也更长;

6)机制砂矿物成分和化学成分与原料是一致的,没有天然砂那样复杂。

2、机制砂的优点 

1)工厂化生产,质量可以得到保证

工厂生产可以从选材、破碎等一系列的工艺流程上建立质量监控体系,生产条件好,砂的质量才能得到保障。

2)砂的物理力学性能好

可以有意识的选择硬质岩石生产机制砂,避免采用软质、风化岩石,同时,含泥(块)量可以人工筛分控制。化学成份和母材、碎石一致,对混凝土没有负面作用,适合做高强混凝土。

3)机制砂的颗粒级配、细度模数可以调整

可以按照工程的需要,结合母材的特点及混凝土的要求,调整机制砂的细度模数与颗粒级配。调整的措施主要是通过破碎设备、工艺流程的选择来完成。

3、机制砂的缺点

1)机制砂的颗粒形状、颗粒级配对混凝土的和易性、强度、抗干缩性及耐磨等性能有影响。天然中砂细度模数一般为2.6~3.0,级配较好,对混凝土的工作性十分越有利。机制砂颗粒尖锐,多棱角,表面粗糙,细度模数多为3.0以上,与天然河砂相比,机制砂的颗粒级配稍差,大于2.5mm和小于0.08mm的颗粒偏多,导致混凝土的和易性较差,容易引起混凝土的外观质量缺陷。机制砂的缺点可以通过选择合适的碎砂设备、合理利用砂中含石粉量、调整砂率,以及选用合适的外加剂等措施来克服。在各种破碎设备中,立轴冲击式破碎机(巴马克)粒形较好,反击破碎机次之,圆锥破碎机再次之,颚式破碎机较差。

2)机制砂中要含有适量的石粉,不但可以提高混凝土的强度,还可以改善混凝土的和易性。石粉和泥的粒径虽然都是小于0.075mm,但是他们的成份不一样,细度相差也比较大。泥颗粒大多小于0.016mm,而石粉颗粒大都在0.016~0.075mm之间。泥吸附在砂的表面,妨碍砂与水泥的粘结;而适量的石粉却可填充在水泥、细砂的空隙之间,使机制砂混凝土的工作性增强。


五、机制砂混凝土的性能


1、硬化前混凝土的性能

      机制砂混凝土硬化前的性能主要涉及到混凝土的稠度、和易性、可塑性、可加工性等方面,这些性能并不是孤立的,而是相互之间有一定的相互关联,是从不同的角度描述新拌混凝土的特性。其中,混凝土的和易性是十分重要的一个指标,它不仅表示混凝土浇灌成型的难易程度,也表示混凝土抵抗材料分层离析的能力。混凝土和易性的具体指标为坍落度。在水灰比相同的情况下,机制砂混凝土坍落度要比河砂混凝土的小,这主要是由于机制砂本身具有裂隙、空隙及孔洞,其有一部分颗粒为矿物颗粒集合体,这样就增大了砂子的比表面积,吸附了更多的水,导致混凝土的需水量增加。


2、机制砂混凝土的力学性能

      混凝土的力学性能指标包括抗拉强度、抗弯强度、抗压强度、弹性模量、粘结强度、疲劳强度、收缩徐变特性等。由于机制砂一般采用硬质岩石破碎,机制砂比天然砂的抗压强度更高。因此机制砂混凝土与天然砂混凝土相比,各项力学性能指标更高。当然,混凝土的强度、弹性模量等力学性能指标除了和砂的强度有关之外,还与其他因素有关,如机制砂中的石粉含量和混凝土配合比中的砂率等。


3、机制砂混凝土的耐久性能

      混凝土的耐久性能是指混凝土在长期使用的过程中,具有抵抗冻融循环等气候条件、酸碱等物理化学侵蚀作用、受光热作用、流水冲蚀作用的能力。如果混凝土越密实,那么抗渗抗冻性越好。因为混凝土的抗渗性主要是和其孔隙有关。对于机制砂混凝土的抗冻融耐久性还缺乏系统的研究。综合已有的研究结果,可以发现机制砂在一定程度上改善了混凝土的工作性能,具有一定的微集料填充效果,各方面都优于中砂混凝土,机制砂和天然细砂混合配制出的混凝土抗渗性比中砂混凝土差。


六、国内执行的主要机制砂标准


GB/T14684—2011《建筑用砂》

JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量标准及检验方法》

JGJ/T241-2011《人工砂混凝土应用技术规范》

DB50/5030-2004《机制砂混合砂混凝土应用技术规程》(重庆)

JT/T819-2011《公路工程水泥混凝土用机制砂》

DBJ52-55-2008《贵州省高速公路机制砂高强混凝土技术规程》

JTGE42-2005《公路工程集料试验规程》



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